HAL Id: jpa-00242620
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Submitted on 1 Jan 1913
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d’eau par détente dans l’air et divers autres gaz
L. Besson
To cite this version:
L. Besson. Contribution à l’étude de la condensation de la vapeur d’eau par détente dans l’air et divers autres gaz. Radium (Paris), 1913, 10 (10), pp.318-323. �10.1051/radium:019130010010031801�.
�jpa-00242620�
ques numérations faites avec l’appareil dont les
dimensions correspondent à la fig. 1. Les sources de
rayons étaient le polonium pour les rayons x et le radium E pour les rayons B. On vomit qu’entre 4 100 et
1580 volts la pointe utilisée réagissait sur les rayons « et qu’à partir de 1180 volts le nombre des déviations observées était constant aux erreurs d’expériences près. Au-dessus de 1580 volts commençaient les décharges spontanées. Avec les rayons B le nombre
des particules observées ne commence à devenir con-
stant qu’à partir de 1420 volts. Pour un potentiel déterminé, la grandeur moyennes de la déviation était
un peu plus faible avec les rayons S qu’avec les
rayons u, mais pas du tout dans le rapport des pou-
voirs ionisants des deux sortes de rayons. Un écart d’un millimètre correspondait à peu près à un poten- tiel d’un volt. Pendant les mesures, le polonium
était distant de 2,4 cm, le radium E de 5 cm de la fenêtre de l’appareil (ouverture 4, 4 mm,.). Comme
les sources rayonnantes avaient un diamètre de plu-
sieurs millimètres, le faisceau de rayons entrant dans
l’appareil était fortement divergent. Avec les rayons
B cette divergence était encore accrue par la forte
dispersion des rayons dans l’air. Comme les rayons B qui pénètrent très obliquement ne peuvent plus pro- duire la décharge aux bas potentiels, on s’explique
que ce soit précisément pour les rayons 8 que les nombres observés aux bas potentiels soient trop fai- bles. Avec les rayons ce, on a vérifié que même sous incidence très oblique on obtenait encore des décharges.
Quoi qu’il en soit, il faudrait, par des mesures quanti- tatives, n’utiliser que des faisceaux de rayons autant que possible parallèles.
, Les numérations ont fait voir que le polonium employé émettait par seconde 4,0.103 particules u.
Ce nombre est en bon accord avec celui qu’on déduit d’expériences d’ionisation. On a également pu établir que le nombre des particules 8 correspondait à l’acti-
vité de la préparation du radium E. La fige 2 montre
les courbes d’enregistrement du mouvement du fil
avec les rayons 8 (courbe supérieure) et les rayons x
(courbe inférieure).
Signalons encore le fait que l’appareil répond
encore très bien même aux radioactivités faibles. On
prend à cet effet une grande ouverture d’entrée qu’on recouvre d’aluminium mince. Si l’on approche
alors un morceau de pechblende, les rayons x produi-
sent un mouvement énergique du fil, si l’on intercale
une feuille de papier on n’observe plus que les rayons B, dont le nombre est encore très grand, car
ils peuvent provenir des parties profondes du minéral.
On peut même déceler les rayions y en interposant
une lame de plomb de 2 mm. Les mouvements qu’on
observe encore proviennent alors des rayons B secon-
daires produits par les rayons y. Des expériences sim- ples de ce genre permettent aussi de rnettre en évidence la réflexion et la diffusion des rayons B. D’une manière
générale on peut espérer que l’appareil décrit ci-dessus fournit un moyen simple d’étudier dans diverses conditions les rayons « et B. Des expériences sont entreprises dans ce sens à la Physikalische Technische
Reichsanstalt.
Résume.
-On décrit une méthode simple pour compter les particules oc et B, méthode fondée sur
l’amorçage de la décharge par pointe. Les déviations électrométriques fournies ainsi par une seule particule
u ou B correspondent à des potentiels de 10 à
20 volts.
[Manuscrit reçu le 15 Octobre 1913].
Contribution à l’étude de la condensation de la vapeur
d’eau par détente dans l’air et divers autres gaz
Par L. BESSON
[Collège de Saint-Dié.
-Laboratoire de Physique].
On sait que la condensation de la vapeur d’eau peut être produite par détente. Les expériences de
M. C. T. R. Wilson’ ont mis en évidence l’existence d’une limite inférieure du degré de détente nécessaire pour la production du phénomène et d’une limite
supérieure au-dessus de laquelle la condensation est très forte et semble se produire sur les propres molé-
1. C. T. R. WILSO.X, Phil. Trans. 1897.
cules de la vapeur d’eau ou du gaz auquel elle est mélangée.
Quand le gaz est soumis à l’ionisation préalable
des rayons de Rôntgen, la condensation est plus importante, mais les limites restent les mên1es.
Enfin, au cours de ces expériences, M. ’Vilson1 a signalé une dissymétrie présentée par les ions négatifs
’1. C. T. R. WILSON, loc. cil.
Article published online by EDP Sciences and available at http://dx.doi.org/10.1051/radium:019130010010031801
et positifs relativement à la condensation de la vapeur d*eau. Les ions négatifs la produisent plus aisément
que les ions positifs et il en est ainsi aussi long- temps qu’on ne dépasse pas une valeur limite de la détente à partir de laquelle la dissymétrie cesse
d’exister.
Dans l’air, cette détente limite est 1,55 et les
détentes extrêmes sont /1,25 et 1,58.
Je ne crois pas que d’autres expériences aient été
faites depuis sur ce sujet, soit pour vérifier simple-
ment les résultats de M. Wilson, soit dans le but de mo lifier la méthode ou d’étendre les recherches à d’autres gaz.
Dans ce travail, commencé en 1908, je me suis proposé de reprendre ces expériences, en particulier
celles qui sont relatives à la dissymétrie et de recher-
cher s’il ne serait pas possible de substituer à la méthode subjective employée jusqu’ici une méthode photographique permettant de conserver l’image des
Fig. 1.
phénomènes observés et d’en permettre une comparaison plus aisée.
Je me suis proposé éga-
lement d’utiliser d’autres gaz que l’air et diverses
sources ionisantes ; rayons X
et radium.
1
L’appareil utilisé a été imaginé par M. Langevin,
c’est une modification de celui de M. Wilson rendant les manoeuvres plus simples.
Il se compose (fig. 1), d’une
chambre de condensation C fermée à sa partie supérieure
par une plaque d’aluminium de 1 mm d’épaisseur,
fixée à une couronne de verre rodé et s’adaptant
exactement par un joint au suif sur le bord supérieur
de la chambre. La tubulure inférieure, également rodée, s’adapte par un joint au suif à la tubulure
supérieure d’un cylindre de verre B portant une graduation en millimètres. Ce cylindre est encastré
par sa base dans une garniture métallique qui repose elle-même sur une plate-forme portée par un cy- lindre métallique communiquant d’une part avec
l’air extérieur- par l’intermédiaire d’un tube à robi- net R, d’autre part avec un gros récipient D, grâce
à une soupape M qui se manaeuvre de l’extérieur.
Lu tube partant de la partie supérieure permet eii
outre la communication avec le piston P constitué par un cvlindre métallique creux terminé à sa partie supérieure par une calotte sphérique. Vers la base
de la calotte se trouve un trait circulaire servant de
repère. On réunit le cylindre de verre et le cylindre métallique inférieur par l’intermédiaire d’une ron-
delle de caoutchouc suifée, à l’aide de trois vis de serrage. Le récipient D est mis en relation avec la trompe à eau.
Dans la chambre de condensation se place une plate-forme métallique K portée par trois pieds métalliques plongeant dans un peu d’eau destinée à rendre plus sûrement l’atmosphère de la chambre saturée de vapeur d’eau et reliant, d’autre part, le
trépied à un anneau de platine soudé au verre. Entre
la plate-f orme et le couvercle on peut établir une diffé-
rence de potentiel,
Connaissant la division n en regard de laquelle se
trouve le repère tracé sur le piston quand ce dernier
est soulevé on peut calculer le degré de détente cor-
respondant à une chute brusque du piston.
Inversement, si l’on veut obtenir un degré de
détente déterminé on peut calculer la division en
regard de laquelle il convient d’amener le repère
tracé sur le piston.
Dans une première série d’expériences effectuées
sans champ, la chambre était éclairée par un faisceau de rayons lumineux sensiblement parallèles prove- nant d’une lampe à arc et dirigés horizontalement.
L’appareil rempli d’air était abandonné à lui-même environ 12 heures pour permettre aux poussières de
tomber.
J’ai retrouvé, par observation directe, très sensible-
ment les valeurs de M. Wilson : d = 1,25 environ
pour la limite inférieure, d= 1, 57 environ pour la limite supérieure. J’ai en outre observé un accroisse-
ment très net de condensation pour la valeur d- 1,33.
Cet accroissement avait été signalé par M. Wilson,
mais seulement pour le cas où l’air était préalable-
ment ionisé. Dans la suite, j’aurai l’occasion de signa-
ler des coïncidences analogues.
L’incertitude pour la limite inférieure tient à ce
qu’au commencement il y a peu de gouttes et le début du phénomène est laissé un peu à l’apprécia-
tion personnelle de l’opérateur. L’incertitude pour la limite supérieure tient à ce que deux expériences suc-
cessives sont séparées par un long intervalle de temps,
ce qui rend la comparaison des nuages ou brouillard difficile.
L’évaporation spontanée des gouttes du brouillard observé laisse en effet subsister des centres résiduels invisibles capables de produire la condensation pour des détentes même très faibles et il importe de les
éliminer avant de passer à l’essai suivant. Abandonnés à eux-mêmes, ces centres mènent de :-;0 ii 45 minutes avant de disparaître : on activc’ un peu la disparition
en multipliant les détentes t’ailJlc5.
Dans sa théorie de la condensation, M. Langevin 1
rend compte de 1 existence de ces centres qui seraient
1. LANGEVIN, cours du Collège de France, 1903-1904
constitués par des gouttes très petites et cependant
très stables provenant de l’évaporation incomplète de gouttes d’abord visibles.
La compression brusque n’a pas fait disparaître ces
centres invisibles; elle a, au contraire, fait apparaître
dans l’air privé de tout centre de condensation des germes capables de provoquer la condensation pour
une détente même trèi faible. Ces dernières expé-
riences ont été faites avec un appareil auxiliaire ei.
les résultats s’accordent avec ceux de M. Barus’ éta-
blissant, verts la même époque, que le réchaulfement par compression de l’air contenant des centres rési-
duels a pour effet d’augmenter le nombre de ces centres.
Si on établit une différence de potentiel de 8 volts
entre les deux plateaux métalliques de la chambre de condensation distante de 5 cm, 5 le degré de détente
doit atteindre d=1,312 (au lieu de 1,25) pour que la condensation commence à se produire, et pour des valeurs supérieures la condensation obtenue est plus
faible que celle observée dans les mêmes conditions mais sans champ.
M. Wilson’ 2 avait déjà signalé cette action d’un
faible champ sur les centres de condensation pré-
existants dans l’air. J’ai observé en outre que l’action rlu champ persiste partiellement alors même que ce
dernier a été supprimé; les centres préexistants dans
l’air et qui ont été éliminés par le champ faible ne
se reproduisent pas instantanément; il faut un cer-
tain temps pour se retrouver dans les conditions nor-
males.
Enfin, le gaz étant soumis à l’action des rayons X,
la limite infériell te du degré de clétertte (sans champ)
se trouve abaissée; elle est comprise entre 1,25 et 1,24 et on obtient plus rapidement une pluie nette qui rend moins incertaine la détermination de cette limite. Le degré de détente augmentant, on détient bientôt des nuages épais difficilement comparables.
Il
La méthode photographique employée utilise un éclairage latéral permettant d’observer sur fond sombre les gouttes vivement éclairées. Le cratère d’un
arc est projeté en vraie grandcur dans la chambre de
condensation et on arrête le mieux possible les rayons
calorifiques. Un microscope peu grossissant disposé horizontalement, orienté de façon à faire un angle
d’environ 401 avec l’axe du faisceau éclairant, permet de viser à peu près au milieu de la distance des deux plateaux à 1 cm en arrière de la paroi pour évi-
ter les perturbations qui se produisent au voisinage
de cette dernière. Le mouvement des gouttes s’observe
1. BARUS. The Ameriran Journal of Science, t. XX V, 1980.
2. WILSON. Phil. Mag., juin 1904.
sur le verre dépoli d’un appareil photographique placé en arrière du microscope. Ce dispositif ne con-
firent pas pour observer de faibles pluies, car il n’y a
pas toujours des gouttes au point dans le champ de l’appareil et, de plus, le manque d’homogénéité de la pluie ne permet pas d’avoir des résultats comparables.
Avec un nuage un peu intense il y a plus d’homogé-
néité et il y a toujours des gouttes au point, de sorte
que la méthode devient surtout avantageuse à partir
du moment où l’observation directe devient difficile;
elle convient donc pour le cas où le gaz est ionisé et en particulier pour l’étude de la dissymétrie.
Pour produire les rayons X on a utilisé soit un
tube de Crookes, soit un tube focus bianodicluel. Un
écran de plomb présentant une fente étroite laissait passer un mince faisceau de rayons venant raser la
plate-forme intérieure. Une différence de potentiel de
4 volts était établie entre les deux plateaux et un
inverseur permettait de faire prédominer à volonté
les ions positifs ou négatifs.
Dans la très grande majorité des cas, la dissymétrie
a été observée en utilisant des détentes un peu supé-
rieures à d=1,25; les figures 2 et 5 rendent compte
du résultat. S’il y a incertitude dans quelques cas,
cela tient à ce que les difficultés rencontrées sont nombreuses et qu’il est très difficile de se placer dans
des conditions expérimentales identiques :
1° On ne peut pas espérer obtenir rigoureusement
la même détente dans deux expériences successives;
2° La source ionisante n’est pas rigoureusement
constante;
5° Au moment de la détente il se produit des
remous qui agitent diversement la masse gazeuse et
qui font que deux détentes identiques ne donnent
pas naissance à la même apparence sur le verre
dépoli.
Au cours de ces recherches, j’ai observé dans cer-
tains cas, l’existence de radiations parasites parais-
sant se produire en même temps que les rayons X
et qui ont beaucoup d’analogie avec les radiations très
pénétrantes signalées par M. Barus2. C’est ainsi que
l’épaisseur des écrans interposés ne paraît pas avoir
grande influence sur leur action et que l’effet de la distance est moins sensible avec ces rayons qu’avec
les rayons X. Je n’ai rétenu que cette dernière pro-
priété qui m’a permis de négliger ces radiations para- sites en approcliant suffisamment le tube de la chambre de condensation de façon à faire prédominer l’action
des rayons X.
-D’ailleurs, par mesure de précautions, dans les expériences suivantes utilisant les rayons X, il a été
employé un écran de plomb très épais et le tube focus
1. E. BESSOx. C. R. Acad. des Sc..t. CLIII, 24 juillet 1911,
p. 250,
2. RadÎll1n, 1006 (Résumé des expériences de M. Barus par
M. L. Bloch).
rig. 2.
-Ions négatifs en excès. Fig. 3. - Ions positifs en excès. Fig. Í. - D = 1,46.
Fig. 5.
-D==1,47. Fig. 6.
-D=1,51. Fig. 7.
-D = 1,523.
Fig. 8.
-Ions negatits eu excès. Fig. 9.
-Ions positifs en excès. Fig. ’l0.
-Sans champ.
Fig. Il.
-Ions négallts en excès. Fig. 1 ’2.
-Ions positifs en excès. Fig. 13.
-Sans champ.
a été placé il l’intérieur d’une caisse métallique reliée
au sol.
III
Le remplissage de mon appareil ne pouvant se laire que par déplacement de l’air par le gaz, j’ai tout
d’abord utilisé un gaz plus lourd que l’air, le gaz CO2.
Un tube à C02 liquide permettait d’obtenir un violent dégagement gazeux et le gaz eu expérience n’était
d’abord soumis à aucun rayonnement1. La présence
1. E. BESSON. C. JL Acad. des Sc.. J février 1912.
(1,’ttne petite quantité el’ ait abaisse notablenent la limite inférieure du degré de détente et il importe
d’élimiiiei- toute trace d’ail’.
Sans champ, la limite inférieure a été trouvée égale
à 1,545, la limite supérieure égale à 1,52 et il a été
observé un accroissenlent brusque de la condensa-
tion pour la valeur d=1,477. Les figures 4 et 5
montrent cet accroissement brusque.
Pour des détentes comprises entre 1,47 et 1,51 inclus, les photographies sont peu différentes. Quand
on passe de la valeur (1=- 1,51 (fig. 6) à la valeur d = 1 , j 25 (fi,. 7) il y a une différence énorme en
faveur de cette dernière; le nuage chi1nge complète-
ment d’aspect et fait place à un brouillard épais.
La détermination de la limite supérieure du degré
de détente se fait donc ici d’une manière très nette;
sa valeur est d= 1,525. En ce qui concerne la li-
mite inférieure il y a la même incertitude que pour l’air .
M. Wilson a trouvé 1,56 comme limite inférieure et 1,55 comme limite supéricure.
J’ai dit que la présence de traces d’air abaisse sen-
siblement la valeur limite inférieure, du degré de
détente ; ceci explique peut-être pourquoi mes valeurs
sont un peu plus faibles que celles de àI. Wilson,
mon appareil se prêtant moins bien à un bon rem-
plissage.
Une obligeante remarque de 51. A.-B. Ghaaveau, du Bureau central météorologique m’a conduit à passer des valeurs de la détente aux valeurs corres-
pondantes de la sursaturation et, en prenant 1,52
pour valeur de C C dans le cas de C02, on trouve les
mêmes valeurs limites de la sursaturation pour l’air
et pour C02.
C’est d’ailleurs ce qu’avait déjà signalé M. Wilsoiil.
Le gaz ayant été ensuite sournis à l’action ionisante des rayons X2, l’étude photographique de la conden- sation a donné des résultats analogues à ceux obtenus
sans ionisation préalable : même limite supérieure
du degré de détente, accroissement brusque de la
condensation pour la valeur d=1,476. Toutefois,
I